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1、轻型门式刚架结构,1.3 刚架设计,荷载及荷载组合 刚架内力和侧移计算 刚架柱、梁的设计,1.永久荷载,荷载,1.3.1 荷载及荷载组合,(1)结构自重估算时可用0.450.55kN/m2,(2)其它恒载包括吊顶、管线、天窗等，按实际情况取用,（3）屋面雪荷载和积灰荷载：按GB50009 采用，考虑增大系数和不均匀系数。,2.可变荷载,（1）屋面活荷载：一般取0.5kN/m2，可取0.3kN/m2（60m2）,（2）施工检修集中荷载（人和小工具的重力）：按实际情况取用，不小于1kN，按最不利位置,（4）吊车荷载,s风荷载体型系数。（见CECS102：2002）,风荷载标准值计算,（5）风荷载,
2、w0基本风压，按建筑结构荷载规范的规定值乘以1.05采用；,z风荷载高度变化系数。高度小于10m时，应按10m采用；,地震作用,3.偶然荷载,（5）当需要考虑地震作用时，风荷载不与地震作用同时考虑。,荷载效应组合原则,（1）屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，应取两者中的较大值；,（2）积灰荷载应与雪荷载或屋面均布活荷载中的较大值同时考虑；,（3）施工或检修集中荷载不与屋面材料或檩条自重以外的其他荷载同时考虑；,（4）多台吊车的组合应符合荷载规范的规定；,由于单层门式刚架轻型房屋钢结构的自重较小，设计经验表明，当抗震设防烈度为7 度时，一般不需做抗震验算；当为8 度及以上时，横向刚架和纵向框架均
3、需做抗震验算。当设有多于一层并与门式刚架相连接的附属建筑时，应进行抗震验算。,（1）1.2永久荷载0.91.4积灰荷载max屋面均布活荷载、雪荷载 0.91.4（风荷载吊车竖向及水平荷载）,在进行刚架内力分析时，荷载效应组合主要有：,（2）1.0永久荷载1.4风荷载,内力计算,（1）计算方法,1.3.2 内力和侧移计算,变截面刚架：弹性分析方法，有限元法,等截面刚架：允许采用塑性分析方法,蒙皮效应：将屋面板视为沿屋面全长伸展的深梁，可用来承受平面内的荷载。面板可视为承受平面内横向剪力的腹板，其边缘构件可视为翼缘，承受轴向拉力和压力。,注：一般不考虑蒙皮效应。,横向均布荷载作用下，等截面刚架弯矩
4、图,刚架弯矩图,刚架计算简图,荷载计算简图,刚架弯矩图,（3）最不利内力,及相应的,及相应的,及相应的,（2）控制截面,梁：梁端、跨中柱：柱底、柱顶、柱牛腿连接处,计算原则：弹性分析方法,侧移计算,单跨变截面刚架斜梁i1:5时，柱顶水平力下侧移估算公式（参见CECS）,柱脚铰接,柱脚刚接,刚架柱顶位移设计值的限值,（2）把多跨框架中的摇摆柱改为上端和梁刚接的节点连接形式。,如果最后验算时刚架的侧移不满足要求，即需要采用下列措施之一进行调整：,（3）放大柱或梁的截面尺寸；,（1）改铰接柱脚为刚接柱脚；,翼缘厚度t：6mm，以2 mm为模数,刚架截面尺寸粗估,1.3.3 构件设计,截面高度h：以1
5、0mm为模数,截面宽度：以5mm为模数，（多数也取10mm）,腹板厚度tw：4mm，6mm，8mm等，以2 mm为模数，,（2）变截面刚架：横梁h0min250mm，柱底h0min300mm，柱顶取h1max（23）h1min。,通常取h/b25，承受桥式吊车荷载的柱子宜取小值，梁端与柱的连接为侧接（端板竖放）时，该处梁端可取h/b6.5,详见相关设计手册,刚架横梁截面高度,（1）等截面刚架：可按跨度的1/301/40（实腹梁）或1/151/25（格构梁）确定，且不应小于200mm（无吊车）或250mm（有吊车）。刚架柱截面高度可按与梁相同采用。,工字形截面高宽比（h/b）,板件宽厚比和腹板屈
6、曲后强度,截面尺寸,1.板件宽厚比限值,翼缘板,腹板,2.腹板屈曲后强度利用,允许腹板屈曲，并利用屈曲后强度。,3.腹板的有效宽度,（1）全部受压,（2）部分受压,受压区有效宽度为：,he：腹板受压区有效宽度；：有效宽度系数hc:腹板受压区高度。,有效宽度系数计算公式：,与板件受弯、受压有关的系数,板件在正应力作用下的屈曲系数,腹板边缘正应力比值,（压“”，拉“-”）,腹板有效宽度he分布规则,当 时,当截面为双轴对称时,4.考虑屈曲后强度工字形截面受弯构件强度,（1）在剪力V和弯矩M共同作用下,腹板抗剪承载力设计值（P11）,构件有效截面所承担的弯矩,当 时,当 时,（2）在剪力V、弯矩M和
7、轴力N共同作用下：,当截面为双轴对称时,梁腹板加劲肋的配置,规程规定,当利用腹板屈曲后抗剪强度时，横向加劲肋间距a宜取hw2hw。,变截面柱整体稳定,1.刚架平面内稳定,小头的轴向压力设计值；,大头的弯矩设计值；,注：Mmax不出现在大头时，和 分别取Mmax和该处有效截面模量,小头的有效截面面积；,大头有效截面最大受压纤维的截面模量；,杆件轴心受压整体稳定系数，,等效弯矩系数，取1.0,参数,2.变截面柱在刚架平面内的计算长度,计算长度系数，确定方法如下：,（1）查表法,柱脚铰接对称刚架楔形柱,柱、梁线刚度K1和K2：,分别为柱小头和大头的截面惯性矩；,单跨：,多跨带摇摆柱的边柱：,梁最小截
8、面的惯性矩；,半跨斜梁长度，计算边柱时见下图lb；,斜梁换算长度系数，等截面梁取1.0,计算边柱时的斜梁长度,（2）一阶分析法,框架柱的临界荷载或计算长度由侧移刚度得出。,侧移刚度K：,可由P19公式计算：,一阶分析时的柱顶位移,（3）二阶分析法,柱小头和大头的截面高度,构件的楔率；,变截面构件的楔率,及6.0,2.刚架平面外,分段按公式计算：,等效弯矩系数,对一端弯矩为零的区段,两端弯曲应力基本相等的区段,均匀弯曲楔形受弯构件的整体稳定系数，对双轴对称的工字形截面杆件：,受压翼缘与受压区腹板1/3高度组成的截面绕y轴的回转半径,楔形构件计算区段的平面外计算长度,注：时，,关于iy0,按两端铰
9、接轴心受压构件设计。,摇摆柱计算,1.斜梁设计,斜梁和隅撑的设计,（1）压弯构件：面内强度、面外整体稳定,（2）侧向支撑点间最大长度，斜梁受压翼缘宽度，不需验算整体稳定,1）折算应力,2）补充验算,斜梁上翼缘承受集中荷载处不设横向加劲肋时,（3）上翼缘集中荷载处验算,F上翼缘所受的集中荷载,tf、tw斜梁翼缘和腹板的厚度,参数，在斜梁负弯矩区,M集中荷载作用处的弯矩,We有效截面最大受压纤维的截面模量,2.隅撑设计,隅撑间距不应大于所撑梁受压翼缘宽度的 倍。,1）隅撑布置,按轴心受压构件设计隅撑轴向压力：,2）隅撑计算,A实腹斜梁被支撑翼缘的截面面积,隅撑与檩条轴线的夹角,注：成对布置，隅撑计
10、算轴压力取半。,高强螺栓端板连接,刚架节点设计,1.斜梁与柱的连接及斜梁拼接,刚架梁、柱连接及梁拼接,端板竖放,端板斜放,端板平放,斜梁拼接,（2）高强螺栓计算,横梁与柱在连接处传递的弯矩；,梁上、下翼缘中心的距离；,当受拉翼缘两侧各设一排螺栓不能满足承载力要求时，可以在翼缘内侧增设螺栓。,受拉螺栓,（1）翼缘与端板连接,翼缘与端板连接采用全熔透对接焊缝，腹板与端板连接采用角焊缝。,第三排螺栓受力,螺栓承担弯矩,（3）端板厚度确定（P24公式）,拉剪螺栓应满足：,（4）节点域抗剪,（5）端板设置螺栓处构件腹板强度验算,节点剪力由上边两排抗拉螺栓以外的螺栓承担，且,吊车起重量5吨时可考虑设置刚性
11、柱脚。,2.柱脚设计,（1）铰接柱脚,（2）刚接柱脚,门式刚架柱脚形式,铰接柱脚,刚接柱脚,（3）柱脚计算,1）基础顶面混凝土承压计算，确定底板面积,2）底板厚度确定,3）锚栓计算,4）柱脚抗剪计算,5）底板与柱、加劲肋等焊缝计算,剪力靠柱脚底板与基础间摩擦力（摩擦系数0.4）承担或设置抗剪键。,抗剪键,抗剪键,加劲板,加劲板,地脚螺栓,浇入素混凝土保护地脚锚栓,3.牛腿设计,（1）牛腿构造,牛腿根部剪力V、弯矩M确定：,PD吊车梁及轨道重,（2）牛腿计算,Dmax吊车最大轮压通过吊车梁传递给一根柱的最大反力,（3）牛腿与柱连接,翼缘对接焊缝、腹板角焊缝。,4.摇摆柱与斜梁的连接构造,刚架设计小结,刚架内力、侧移计算变截面柱强度计算、平面内、外的整体稳定计算斜梁设计摇摆柱设计隅撑设计节点设计柱脚设计牛腿设计,
